原位亚微米颗粒增强Al-Mg-Si-O系复合材料及其超塑性研究

发布时间：2017-07-30 14:04

  本文关键词：原位亚微米颗粒增强Al-Mg-Si-O系复合材料及其超塑性研究

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【摘要】：本文采用熔体直接反应法结合高速剪切分散工艺,以亚微米Si02颗粒与Al-Mg-Si合金熔体反应制备了原位亚微米颗粒增强Al-Mg-Si-O系复合材料,系统分析了复合材料的反应过程及反应产物,研究了Si02颗粒添加量、T6热处理及多向锻造(MF)变形对复合材料显微组织及拉伸性能的影响,并通过单向高温拉伸试验研究了复合材料的超塑性。亚微米SiO2颗粒与Al-2.53Mg-1.47Si熔体合金原位反应生成亚微米MgAl2O4增强颗粒,基体则由α-Al、Mg2Si及Si相组成。SiO2颗粒的添加对基体中α-Al具有细化作用。SiO2添加量较少时(≤1 vol.%), α-A1枝晶细化效果明显,晶界处仅存在少量MgAl2O4团聚。但随着SiO2添加量的进一步增加,晶界处MgAl2O4团聚逐渐增多,α-Al枝晶并未进一步明显细化。添加1 vol.%SiO2所制备复合材料中α-Al枝晶尺寸较小,MgAl2O4团聚较少,显微组织最优。T6热处理可有效改善复合材料中Mg2Si相的形貌。经过T6热处理后,晶界处网状分布的Mg2Si变为细小球状、椭球状,最大尺寸约为8μm。多向锻造则可促使Mg2Si颗粒均匀分布于基体中,同时使晶界处亚微米MgAl2O4团聚得到一定程度改善。随着SiOz颗粒添加量的提高,复合材料的抗拉强度增大,伸长率减小。相较于Al-2.53Mg-1.47Si合金,SiO2添加量为0.5、1、2、3 v01.%时复合材料抗拉强度依次提高了9.2%、18.4%、23.7%和26.1%,伸长率则依次降低了6.5%、12.4%、32.8%和59.5%。经T6热处理及多向锻造后,添加1 vol.%SiO2所制备的复合材料伸长率可达19.83%,较铸态时提高313.9%,断裂方式也由铸态时的脆韧混合断裂转化为完全韧性断裂。以不同变形条件对T6+MF态1 vol.%SiO2复合材料进行高温拉伸试验表明：随着温度升高、应变速率降低,变形最大真应力值减小,伸长率增大。在560℃,10-4 s-1条件下复合材料的伸长率可达126%。特征参数m值随温度提高而增大,试验温度范围内m值均小于0.3,但进一步升高温度,m值可能继续增大。特征参数Q值远大于A1的自扩散激活能,可推断这是高温拉伸过程中动态再结晶所引发的晶界滑动变形机制在起作用。复合材料高温拉伸断口主要由韧窝构成,呈延性断裂特征。韧窝尺寸及形貌随温度降低与应变速率增大而逐渐变小变浅。断裂过程中发生了空洞的形核、长大与连接。空洞多形成于晶界不规则处,随着高温变形的进行,空洞尺寸不断增大,空洞长大机制也由扩散控制逐渐转变为应变控制为主。
【关键词】：原位合成 亚微米SiO_2颗粒 显微组织 拉伸性能
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 选题背景11-12
• 1.2 原位PRAMCs概述12-18
• 1.2.1 PRAMCs概述12-13
• 1.2.2 原位PRAMCs的特点及性能13-15
• 1.2.3 原位PRAMCs的制备工艺15-17
• 1.2.4 原位亚微米PRAMCs的颗粒分散工艺17-18
• 1.3 超塑性综述18-22
• 1.3.1 超塑性概念及特征18-20
• 1.3.2 超塑性研究历程20-21
• 1.3.3 超塑性应用与发展趋势21-22
• 1.4 PRAMCs超塑性22-25
• 1.4.1 PRAMCs超塑性研究进展22-23
• 1.4.2 PRAMCs超塑性变形机制23-24
• 1.4.3 PRAMCs超塑性发展方向24-25
• 1.5 课题研究内容25-26
• 第二章 试验材料及试验方法26-33
• 2.1 试验材料及反应体系设计26-28
• 2.1.1 基体材料26-27
• 2.1.2 增强体材料27-28
• 2.2 试验主要设备28-30
• 2.2.1 熔炼及辅助设备28-29
• 2.2.2 粉末预处理设备29
• 2.2.3 锻造及热处理设备29-30
• 2.2.4 高温拉伸设备30
• 2.3 材料分析测试方法30-33
• 2.3.1 金相组织分析(OM)30
• 2.3.2 扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)30-31
• 2.3.3 X射线衍射分析31
• 2.3.4 常温拉伸试验31
• 2.3.5 单向高温拉伸试验31-33
• 第三章 复合材料组织及性能33-50
• 3.1 引言33
• 3.2 复合材料的制备及加工艺33-36
• 3.2.1 亚微米SiO_2粉末预处理33-34
• 3.2.2 熔体直接反应结合刀片高速剪切工艺34-35
• 3.2.3 热处理及锻造工艺35-36
• 3.3 复合材料相组成及反应过程热力学分析36-39
• 3.4 复合材料微观组织研究39-43
• 3.4.1 SiO_2颗粒添加量对铸态复合材料微观组织的影响39-41
• 3.4.2 T6热处理对复合材料微观组织的影响41-42
• 3.4.3 多向锻造对复合材料微观组织的影响42-43
• 3.5 复合材料常温拉伸性能研究43-48
• 3.5.1 SiO_2颗粒添加量对铸态复合材料常温拉伸性能的影响43-45
• 3.5.2 T6热处理及锻造对复合材料常温拉伸性能的影响45-46
• 3.5.3 SiO_2颗粒添加量对铸态复合材料拉伸断口形貌的影响46-47
• 3.5.4 T6热处理及多向锻造对复合材料断口形貌的影响47-48
• 3.6 本章小结48-50
• 第四章 复合材料超塑性研究50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 高温拉伸真实应力-应变曲线特征分析50-54
• 4.3 特征参数m值分析54-56
• 4.4 特征参数Q值分析56-57
• 4.5 高温拉伸断口形貌及断裂机制分析57-60
• 4.6 本章小结60-62
• 第五章 主要结论62-64
• 参考文献64-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士期间发表的论文71

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本文编号：594539